УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СО И СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СО Российский патент 2013 года по МПК C01B31/20 B01D53/14 B01D53/26 B01D53/62 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке для извлечения CO₂ и способу извлечения CO₂ для абсорбирования CO₂, содержащегося в дымовых газах, в абсорбент CO₂ в целях удаления CO₂, содержащегося в дымовых газах, регенерации и повторного использования абсорбента CO₂.

Уровень техники

Недавно в качестве одной из причин глобального потепления был выявлен парниковый эффект, обусловленный CO₂, и для защиты глобальной окружающей среды настоятельными становятся меры по противодействию ему в международном масштабе. Источники образования CO₂ включают все типы человеческой деятельности, при которой сжигают ископаемое топливо, и все больше возрастают потребности по сокращению его выбросов. В соответствии с данной потребностью в отношении электроэнергетических установок, таких как тепловая электростанция, на которой используют большое количество ископаемого топлива, интенсивно исследовали способ удаления и извлечения CO₂ в газообразных выбросах продуктов горения в результате введения газообразных выбросов продуктов горения в котле в контакт с аминовым абсорбентом CO₂ (здесь и далее в настоящем документе также «абсорбентом») и способ хранения извлеченного CO₂ без выброса его в воздух.

Был описан способ, по которому после удаления CO₂ в результате абсорбирования из газообразных выбросов при использовании абсорбента, CO₂ подвергают диффузии и извлекают, а абсорбент регенерируют, еще раз отправляют на циркуляцию в абсорбер CO₂ и используют повторно (смотрите, например, патентный документ 1).

Фигура 4 представляет один пример конфигурации обычной установки для извлечения CO₂. Как продемонстрировано на фигуре 4, обычная установка для извлечения CO₂ 100 включает абсорбер CO₂ 13, который удаляет CO₂ в дымовых газах 11 в результате введения дымовых газов 11, содержащих CO₂, выбрасываемый на промышленных установках для сжигания, таких как котел и газовая турбина, в контакт с абсорбентом CO₂ 12, который абсорбирует CO₂, и регенератор 15, в котором CO₂ диффундирует из абсорбента CO₂ 14, содержащего абсорбированный CO₂ (здесь и далее в настоящем документе также «обогащенный раствор»), для регенерации абсорбента CO₂ 12.

В установке для извлечения CO₂ 100 CO₂ диффундирует в регенераторе 15, и регенерированный абсорбент CO₂ 12 (здесь и далее в настоящем документе также «обедненный раствор») повторно используют в качестве абсорбента CO₂ в абсорбере CO₂ 13. Газообразный CO₂ 16, извлеченный в регенераторе 15, сжимают в компрессоре, нагнетают в нефтяное месторождение и используют в методах повышения нефтеотдачи (МПНО), накапливают в водоносном слое в качестве меры по борьбе с глобальным потеплением или используют в качестве материала исходного сырья при синтезе химических продуктов.

На фигуре 4 номер позиции 17 обозначает дымовые газы, в которых CO₂ удаляют в абсорбере CO₂ 13, 18 обозначает насос для обогащенного растворителя, который подает обогащенный раствор 14 в регенератор 15, 19 обозначает теплообменник для обогащенного/обедненного растворителей, который производит теплообмен между обогащенным раствором 14 и обедненным раствором 12, 20 обозначает насос для обедненного растворителя, который подает обедненный раствор 12 в абсорбер CO₂ 13, 21 обозначает холодильник для обедненного растворителя, который охлаждает обедненный раствор 12, 22 обозначает регенерационный нагреватель, а 23 обозначает водяные пары.

Фигура 5 представляет пример способа нагнетания газообразного CO₂ 16, извлеченного в регенераторе 15, в грунт. Давление газообразного CO₂ 16, извлеченного в регенераторе 15, увеличивают в способе сжатия 101 и проводят транспортирование до буровой скважины 103а в точке накопления при использовании транспортного устройства 102, такого как трубопровод или корабль. В буровой скважине 103а в точке накопления, например, газ (здесь и далее в настоящем документе также «рециркуляционный газ»), сопутствующий сырой нефти, перемешивают с газом 105, переработанным в установке для очистки рециркуляционного газа 104, и нагнетают в грунт 107 по способу нагнетания 106. В это время в случае содержания в рециркуляционном газе 105 сероводорода (H₂S), как это продемонстрировано в приведенном ниже уравнении, кислород (O₂), содержащийся в газообразном CO₂ 16, будет вступать в реакцию с H₂S, приводя к осаждению твердой серы (S), и на функционирование агрегата может быть оказано негативное воздействие.

Кроме того, в случае, если влага, остающаяся в газообразном СO₂ 16, конденсируется под действием сжатия, из-за одновременного присутствия кислорода может быть промотирована угольнокислотная коррозия. В качестве еще одного способа предотвращения осаждения серы использовали способ подачи газообразного N₂ во время запуска и остановки компрессора для удаления содержащейся серы (содержащейся S) и O₂, остающегося в компрессоре и системе труб (смотрите, например, непатентный литературный источник 1).

Кроме того, поскольку при обусловленной сжатием конденсации влаги, остающейся в газообразном CO₂ 16, может возникать угольнокислотная коррозия, использовали способ, такой, когда газообразный CO₂ вводят в контакт с дегидратирующим агентом, таким как молекулярные сита, диэтиленгликоль (ДЭГ) или триэтиленгликоль (ТЭГ), для уменьшения количества влаги, содержащейся в газообразном CO₂, что, тем самым, предотвращает углекислотную коррозию.

Фигура 6 демонстрирует способ сжатия газообразного CO₂, извлеченного в регенераторе. Как продемонстрировано на фигуре 6, газообразный CO₂ 16, сопровождаемый водяными парами, высвобождающимися из обогащенного раствора 14 и полуобедненного раствора в регенераторе, производят из верхней части регенератора 15 через линию выпуска газа 25, водяные пары конденсируют в конденсаторе 26 и воду 28 отделяют в сепарационном барабане 27. Газообразный CO₂ 16, сопровождаемый водяными парами, сжимают в компрессорах в диапазоне от первого компрессора 29-1 до четвертого компрессора 29-4 при одновременном постепенном увеличении давления и извлекают в виде сжатого CO₂.

На расположенной ниже по потоку стороне каждого из компрессоров от первого до четвертого компрессоров, от 29-1 до 29-4, соответственно, предусматривают холодильники от первого холодильника 30-1 до четвертого холодильника 30-4 и сепараторы от первого сепаратора 31-1 до четвертого сепаратора 31-4 для уменьшения количества жидкости, генерированной в результате сжатия газообразного CO₂ 16. На участке между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4 предусматривают дегидратирующую колонну 33 для введения газообразного CO₂ 16 в контакт с дегидратирующим агентом 32 (молекулярными ситами, или ДЭГ, или ТЭГ) для уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ 16 и его обезвоживания.

На фигуре 6 номер позиции 34 обозначает газожидкостной сепаратор, а 35 обозначает насос для циркуляции конденсированной воды, который подает воду 28, отделенную в сепарационном барабане 27, в верхнюю часть регенератора 15.

Кроме того, использовали аппарат, в котором в дегидратирующей колонне предусматривают брызгоуловитель для улавливания дегидратирующего агента (такого как ДЭГ или ТЭГ), подаваемого в дегидратирующую колонну, и обеспечения отсутствия его подачи в сопровождении газообразного CO₂ на сторону, расположенную ниже по потоку от дегидратирующей колонны (смотрите, например, непатентный литературный источник 2).

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

Патентный документ 1: Японская выложенная патентная заявка №2008-62165.

Непатентная литература

Непатентный литературный источник 1: «Oil & Gas Journal», опубликованный 04 сентября 2006, стр.74-84.

Непатентный литературный источник 2: «Oil & Gas Journal», опубликованный 27 февраля 2006, стр.55-59.

Раскрытие изобретения

Проблема, решаемая в изобретении

Однако, даже при наличии в дегидратирующей колонне 33 брызгоуловителя в случае подачи дегидратирующего агента 32, который не уловили в брызгоуловителе, в компрессор и тому подобное на стороне, расположенной ниже по потоку, при одновременном примешивании к газообразному CO₂ 16 в компрессоре и системе труб на стороне, расположенной ниже по ходу технологического потока, будут наблюдаться формирование осадка и отложений, что, тем самым, вызовет появление проблемы, заключающейся в возможном повреждении внутренней оснастки компрессора и системы труб на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны 33.

Существует также проблема, заключающаяся в возможности возникновения в аппарате и системе труб закупоривания, обусловленного наличием O₂, остающегося в газообразном CO₂ 16.

Кроме того, в случае использования газообразного CO₂ 16 в качестве материала исходного сырья при синтезе химических продуктов, может возникать окрашивание химических продуктов.

Настоящее изобретение добилось решения вышеупомянутых проблем, и цель настоящего изобретение заключается в предложении установки для извлечения CO₂, которая предотвращает подачу дегидратирующего агента, подаваемого в дегидратирующую колонну, в компрессор и тому подобное на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны, и способа для этого.

Средства решения проблемы

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения установка для извлечения CO₂, включающая абсорбер CO₂, который вводит дымовые газы, содержащие CO₂, в контакт с абсорбентом CO₂ и удаляет CO₂ в дымовых газах, и регенератор, в котором CO₂ диффундирует в обогащенном растворе, абсорбировавшем CO₂ в абсорбере CO₂, для повторного использования в абсорбере CO₂ обедненного раствора, который получают в результате удаления CO₂ из обогащенного раствора в регенераторе, включает: по меньшей мере, два компрессора, которые сжимают газообразный CO₂, выпущенный из регенератора; дегидратирующую колонну, которую предусматривают на участке между любыми двумя из компрессоров, и которая уменьшает количество влаги в газообразном CO₂ в результате введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом; установку для удаления при сжигании, которая удаляет дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂ в дегидратирующей колонне; и теплообменник, который предусматривают на участке между дегидратирующей колонной и установкой для удаления при сжигании и который производит теплообмен между газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров, и газообразным CO₂, выпущенным из дегидратирующей колонны.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ предусматривают установку для удаления при сжигании на участке между дегидратирующей колонной и газожидкостным сепаратором, находящимся на стороне, расположенной ниже по потоку от дегидратирующей колонны.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ в установке для удаления при сжигании предусматривают теплообменник.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ установка для удаления при сжигании включает катализатор горения для удаления дегидратирующего агента в газообразном CO₂.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ установка для удаления при сжигании включает катализатор горения для удаления дегидратирующего агента в газообразном CO₂, где теплообменник и катализатор горения скомпонованы в данном порядке в направлении от стороны впускного отверстия для газообразного CO₂ в установку для удаления при сжигании к стороне выпускного отверстия для него.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ катализатором горения являются катализатор на основе металлического Pd или катализатор на основе металлической Pt.

В выгодном случае установка для извлечения CO₂ включает ответвительный проход для выделения газообразного CO₂, выпущенного из установки для удаления при сжигании, и объединения данного газообразного CO₂ с газообразным CO₂, выпущенным из дегидратирующей колонны.

В выгодном случае установка для извлечения CO₂ включает установку для подачи газообразного водорода, которая подает газ, обогащенный водородом, в установку для удаления при сжигании.

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ газ, обогащенный водородом, представляет собой водород, полученный при использовании устройства для получения водорода, в котором в качестве материала исходного сырья используют ископаемое топливо и реализуют способ риформинга и способ конверсии CO (реакцию сдвига).

В выгодном случае в установке для извлечения CO₂ газ, обогащенный водородом, содержит CO, а также водород.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения способ извлечения CO₂, в котором дымовые газы, содержащие CO₂, вводят в контакт с абсорбентом CO₂ в абсорбере CO₂ для удаления CO₂ в дымовых газах, CO₂ в обогащенном растворе, абсорбировавшем CO₂, удаляют в регенераторе, а регенерированный обедненный раствор повторно используют в абсорбере CO₂, и газообразный CO₂, выпущенный из регенератора, извлекают, включает: сжатие газообразного CO₂, извлеченного из регенератора, при использовании, по меньшей мере, двух компрессоров; уменьшение количества влаги в газообразном CO₂ в результате введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом на участке между любыми двумя из компрессоров; теплообмен между газообразным CO₂, введенным в контакт с дегидратирующим агентом, и газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров; и удаление дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂, в результате сжигания и удаление O₂ для извлечения газообразного CO₂.

В выгодном случае в способе извлечения CO₂ дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, сжигают и удаляют после введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом и до отделения влаги в газообразном CO₂.

В выгодном случае в способе извлечения CO₂ газ, обогащенный водородом, подают во время сжигания и удаления дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂.

В выгодном случае в способе извлечения CO₂ в качестве газа, обогащенного водородом, используют водород, полученный в устройстве для получения водорода, в котором в качестве материала исходного сырья используют ископаемое топливо и реализуют способ риформинга и способ конверсии CO (реакцию сдвига).

В выгодном случае в способе извлечения CO₂ в качестве газа, обогащенного водородом, используют газ, содержащий CO, а также водород.

В соответствии с еще одним другим аспектом настоящего изобретения в способе извлечения CO₂ с использованием установки для извлечения CO₂ в способе сжатия газообразного CO₂, извлеченного из регенератора, после уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ после введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом, газообразный СО₂ после удаления влаги подвергают теплообмену с газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров, а дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, удаляют в результате сжигания, и удаляют O₂ для извлечения газообразного CO₂.

Эффект изобретения

В соответствии с установкой для извлечения CO₂ настоящего изобретения вследствие наличия установки для удаления при сжигании, которая удаляет дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, на стороне дегидратирующей колонны, расположенной ниже по ходу технологического потока, дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, выпущенному из дегидратирующей колонны, может быть сожжен и удален, и O₂ может быть сожжен и удален. Поэтому могут быть предотвращены повреждения компрессора и системы труб на стороне, расположенной ниже по ходу технологического потока от дегидратирующей колонны, и может быть подавлено возникновение проблем закупоривания в аппарате и системе труб, вызванного кислородом (O₂), остающимся в газообразном CO₂, и окрашивания химических продуктов при использовании газообразного CO₂ в качестве материала исходного сырья.

Краткое описание чертежей

Фигура 1 представляет собой схематическую диаграмму одной конфигурации установки для извлечения CO₂, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фигура 2 представляет собой схематическую диаграмму еще одной конфигурации установки для извлечения CO₂, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фигура 3 представляет собой схематическую диаграмму установки для извлечения CO₂, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фигура 4 представляет собой один пример конфигурации традиционной установки для извлечения CO₂.

Фигура 5 представляет собой один пример способа нагнетания в грунт газообразного CO₂, извлеченного в регенераторе.

Фигура 6 изображает способ сжатия газообразного CO₂, извлеченного в регенераторе.

Лучшие примеры осуществления изобретения

Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения подробно разъясняются ниже при обращении к прилагаемым чертежам. Настоящее изобретение данными вариантами осуществления не ограничивается. В дополнение к этому, составляющие элементы в вариантах осуществления включают те, которые легко могут себе представить специалисты в соответствующей области техники, или те, которые являются по существу эквивалентными.

Первый вариант осуществления

Установка для извлечения CO₂, соответствующая первому варианту осуществления настоящего изобретения, разъясняется при обращении к фигуре 1.

Фигура 1 представляет собой схематическую диаграмму одной конфигурации установки для извлечения CO₂, соответствующей первому варианту осуществления настоящего изобретения.

В числе составляющих элементов, продемонстрированных на фигуре 1, элементы, идентичные тем, которые продемонстрированы на описывавшихся выше фигурах от 4 до 6, обозначаются подобными номерами позиций, и излишние разъяснения по ним будут опущены.

Как и в установке для извлечения CO₂, продемонстрированной на фигурах 4 и 5, установка для извлечения CO₂ 10A, соответствующая настоящему варианту осуществления, включает систему для абсорбирования CO₂, которая абсорбирует CO₂ при использовании абсорбера CO₂, систему для извлечения CO₂ и регенерации абсорбента CO₂, которая извлекает CO₂ и регенерирует абсорбент CO₂ при использовании регенератора, и систему для сжатия CO₂, которая сжимает извлеченный CO₂ для нагнетания CO₂ в грунт или нефтяное месторождение, как это продемонстрировано на фигурах 5 и 6. Вследствие идентичности системы для абсорбирования CO₂, которая абсорбирует CO₂ при использовании абсорбера CO₂ 13, и установки для извлечения CO₂, продемонстрированной на фигурах 4 и 5, разъяснения по ним будут опущены.

Как продемонстрировано на фигуре 1, установка для извлечения CO₂ 10A, соответствующая первому варианту осуществления настоящего изобретения, включает абсорбер CO₂, который вводит дымовые газы, содержащие CO₂, в контакт с абсорбентом CO₂ (здесь и далее в настоящем документе «абсорбент») 12 и удаляет содержащийся в дымовых газах CO₂, и регенератор 15, в котором CO₂ диффундирует в абсорбенте CO₂ (здесь и далее в настоящем документе «обогащенный раствор») 14, имеющем абсорбированный CO₂ в абсорбере CO₂, для повторного использования регенерированного абсорбента CO₂ (здесь и далее в настоящем документе «обедненный раствор») 12, который получают в результате удаления CO₂, который содержится в обогащенном растворе в регенераторе 15, в абсорбере CO₂. Установка для извлечения CO₂ 10A включает компрессоры в диапазоне от первого до четвертого компрессоров от 29-1 до 29-4, которые сжимают газообразный CO₂ 16, выпущенный из регенератора 15, дегидратирующую колонну 33, предусмотренную на участке между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4, для уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ 16 в результате введения газообразного CO₂ 16 в контакт с дегидратирующим агентом 32, установку 41 для удаления при сжигании, которая удаляет дегидратирующий агент 32, примешанный к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, и теплообменник 42, предусмотренный в установке для удаления при сжигании в целях проведения теплообмена между газообразным CO₂ 16, выпущенным из третьего компрессора 29-3, и газообразным CO₂ 16, выпущенным из дегидратирующей колонны 33.

Обогащенный раствор 14 подают из абсорбера CO₂ в регенератор 15 из его верхней части через трубу 43 для подачи обогащенного раствора. Обогащенный раствор 14, выпущенный из верхней части регенератора 15 во внутреннее пространство регенератора 15 через сопло 44, высвобождает основную часть CO₂ по эндотермической реакции. Абсорбент CO₂ 12, который выпустил часть или основную часть CO₂ в регенераторе 15, называется полуобедненным раствором. Полуобедненный раствор становится абсорбентом CO₂ (обедненным раствором) 12, в котором почти весь CO₂ удаляется при достижении нижней части регенератора 15. Обедненный раствор 12 нагревают водяными парами 23 в регенерирующем нагревателе 22 и часть обедненного раствора 12 испаряют для подачи водяных паров в регенератор 15.

На фигуре 1 номер позиции 15A обозначает слой насадки, скомпонованный в регенераторе 15, номер позиции 45 обозначает тарелку с патрубком для прохода газа, 46 обозначает сепарационный барабан, который извлекает водяные пары 23, участвующие в теплообмене с обедненным раствором 12, и 47 обозначает водяные пары и конденсированную воду, отделенные в сепарационном барабане 46.

Газообразный CO₂ 16, сопровождаемый водяными парами, который выпускают из обогащенного раствора 14 и полуобедненного раствора в регенераторе, выводят через линию выпуска газа 25 из верхней части регенератора 15, водяные пары конденсируют при использовании конденсатора 26, воду 28 отделяют в сепарационном барабане 27, а газообразный CO₂ 16 высвобождают во внешнее пространство системы и извлекают отдельно. Воду 28, отделенную в сепарационном барабане 27, подают в верхнюю часть регенератора 15 при использовании насоса 35 для циркуляции конденсированной воды.

С другой стороны, регенерированный абсорбент CO₂ (обедненный раствор) 12 выпускают из низа регенератора 15, охлаждают при использовании теплообмена с обогащенным раствором 14 и после увеличения давления абсорбент CO₂ 12 дополнительно охлаждают и подают в абсорбер CO₂.

Газообразный CO₂ 16, сопровождаемый водяными парами, извлеченными из регенератора 15, сжимают при использовании компрессоров в диапазоне от первого до четвертого компрессоров от 29-1 до 29-4. Говоря конкретно, газообразный CO₂ 16 сжимают при использовании первого компрессора 29-1 и охлаждают при использовании первого холодильника 30-1 с отделением влаги в газообразном CO₂ 16 в первом сепараторе 31-1 и подают во второй компрессор 29-2. Тот же самый способ реализуют в компрессорах в диапазоне от второго до четвертого компрессоров от 29-2 до 29-4, так что давление газообразного CO₂ 16 при сжатии постепенно увеличивается.

На участке между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4 предусматривают дегидратирующую колонну 33, в которую подают дегидратирующий агент 32. В дегидратирующую колонну 33 подают дегидратирующий агент 32 и в контакт с дегидратирующим агентом 32 вводят газообразный CO₂ 16 для уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ 16 и обезвоживании газообразного CO₂ 16. В соответствии с этим, благодаря наличию возможности удаления влаги, содержащейся в газообразном CO₂ 16, может быть устранена углекислотная коррозия, вызванная влагой, сконденсированной вследствие сжатия газообразного CO₂.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, на участке между дегидратирующей колонной 33 и газожидкостным сепаратором 34, находящимся на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны 33, предусматривают установку для удаления при сжигании 41. Установка для удаления при сжигании 41 удаляет дегидратирующий агент 32, примешанный к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, и удаляет O₂ в газообразном CO₂ 16.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, в установке для удаления при сжигании 41 предусматривают теплообменник 42. Установка для удаления при сжигании 41 включает катализатор горения 48, который удаляет дегидратирующий агент 32 в газообразном CO₂ 16.

Теплообменник 42 и катализатор горения 48 скомпонованы в данном порядке в направлении от стороны впускного отверстия для газообразного CO₂ в установку для удаления при сжигании 41 к стороне выпускного отверстия для него. Газообразный CO₂ 16, выпущенный из дегидратирующей колонны 33, участвует в непрямом теплообмене с газообразным CO₂ 16, выпущенным из третьего компрессора 29-3, в теплообменнике 42. Газообразный CO₂ 16, выпущенный из третьего компрессора 29-3, имеет температуру, достигающую приблизительно 150°C, а газообразный CO₂ 16, выпущенный из дегидратирующей колонны 33, охлаждают до низкой температуры в третьем холодильнике 30-3 и дегидратирующей колонне 33. Поэтому газообразный CO₂ 16, выпущенный из дегидратирующей колонны 33, участвует в непрямом теплообмене с газообразным CO₂ 16, выпущенным из третьего компрессора 29-3, в теплообменнике 42 для нагревания до высокой температуры, что, тем самым, делает возможным увеличение реакционной способности между дегидратирующим агентом 32, примешанным к газообразному CO₂ 16, и O₂ в газообразном CO₂ 16 на катализаторе горения 48.

Например, в случае использования ТЭГ в качестве дегидратирующего агента газообразный CO₂ 16, нагретый до высокой температуры в теплообменнике 42, подают на катализатор горения 48 для стимулирования прохождения реакции, продемонстрированной в следующем далее уравнении, между дегидратирующим агентом 32, примешанным к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, и небольшим количеством O₂ в газообразном CO₂ 16, что, тем самым, обеспечивает превращение дегидратирующего агента 32 в CO₂ и H₂O и удаление дегидратирующего агента 32.

Вследствие вступления O₂ в газообразном CO₂ 16 в реакцию с дегидратирующим агентом 32 на катализаторе горения 48 может быть подавлено возникновение проблем, таких как осаждение S вследствие прохождения реакции между O₂ в газообразном CO₂ 16 и H₂S в газообразном CO₂ 16 и окрашивание химических продуктов при использовании CO₂ в качестве материала исходного сырья.

Например, концентрация кислорода в газообразном CO₂ 16, выпущенном из дегидратирующей колонны 33 и поданном в установку для удаления при сжигании 41, составляет приблизительно несколько сотен ч./млн., а концентрация дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, находится в диапазоне от приблизительно нескольких до нескольких десятков ч./млн. Как предполагается в данном случае, температура газа у газообразного CO₂ 16, поданного из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, составляет приблизительно 50°C. В это время температура газа у газообразного CO₂ 16, выпущенного из третьего компрессора 29-3, составляет приблизительно 150°C. В результате проведения непрямого теплообмена с газообразным CO₂ 16, имеющим температуру, равную приблизительно 150°C, температуру реакции в установке для удаления при сжигании 41 увеличивают для повышения реакционной способности между дегидратирующим агентом 32 и O₂, что, тем самым, делает возможным уменьшение количества дегидратирующего агента 32 в газообразном CO₂ 16, поданном в установку для удаления при сжигании 41.

На катализатор, используемый в качестве катализатора горения 48, конкретных ограничений не накладывают, и может быть использован тот катализатор, который может обеспечить удаление дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂ 16, и O₂, и предпочтительно могут быть использованы, например, катализатор на основе металлического Pd или катализатор на основе металлической Pt.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, в установке для удаления при сжигании 41 предусматривают катализатор горения 48; однако настоящее изобретение этим не ограничивается. В качестве конфигурации установки для удаления при сжигании 41 может быть использована та, которая может обеспечить удаление дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂ 16, и O₂. Например, установка для удаления при сжигании 41 может относиться к патронному типу, в котором установка для удаления при сжигании 41, включающая катализатор горения 48, может быть включена в систему труб, через которую подают сжимаемый газообразный CO₂ 16. Могут быть использованы статический смеситель или сотовая структура, в которых катализатор горения 48 наносят на поверхность конструкции установки для удаления при сжигании 41. При использовании установки для удаления при сжигании 41, имеющей такую конфигурацию, могут быть эффективно удалены дегидратирующий агент и O₂ в газообразном CO₂ 16.

Установка для извлечения CO₂ 10A, соответствующая настоящему варианту осуществления, имеет ответвительный проход 49 для извлечения газообразного CO₂ 16, выпущенного из установки для удаления при сжигании 41, и слияния газообразного CO₂ 16 с газообразным CO₂ 16, выпущенным из дегидратирующей колонны 33. Газообразный CO₂ 16, выпущенный из установки для удаления при сжигании 41, подают в газожидкостной сепаратор 34 для уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ 16. Однако, в случае неполного удаления дегидратирующего агента 32, примешанного к газообразному CO₂ 16, при использовании установки для удаления при сжигании 41 газообразный CO₂ 16, выпущенный из установки для удаления при сжигании 41, может быть выделен в ответвительный проход 49 для слияния газообразного CO₂ 16 с газообразным CO₂ 16, выпущенным из дегидратирующей колонны 33, и дегидратирующий агент 32 в газообразном CO₂ 16 может быть еще раз удален в установке для удаления при сжигании 41.

Кроме того, в случае неполного удаления O₂ в газообразном CO₂ 16 газообразный CO₂ 16, выпущенный из установки для удаления при сжигании 41, может быть выделен в ответвительный проход 49 для слияния газообразного CO₂ 16 с газообразным CO₂ 16, выпущенным из дегидратирующей колонны 33, а O₂ в газообразном CO₂ 16 еще раз может быть удален в установке для удаления при сжигании 41 тем же самым образом.

Концентрацию дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, отслеживают благодаря наличию датчика, который получает данные по концентрации дегидратирующего агента в газообразном CO₂ 16, выпущенном из дегидратирующей колонны 33, на стороне, расположенной по ходу технологического потока после установки для удаления при сжигании 41.

В настоящем варианте осуществления газообразный CO₂, 16, поданный из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, участвует в теплообмене с газообразным CO₂ 16, выпущенным из третьего компрессора 29-3, в теплообменнике 42. Однако газообразный CO₂ 16, использующийся для теплообмена с газообразным CO₂ 16, поданным из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, в теплообменнике 42, не ограничивается газообразным CO₂ 16, выпущенным из третьего компрессора 29-3. Например, как это продемонстрировано на фигуре 2, газообразный CO₂ 16, поданный из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, может участвовать в теплообмене с газообразным CO₂ 16, выпущенным из четвертого компрессора 29-4, в теплообменнике 42. В четвертом компрессоре 29-4 вследствие сжатия газообразного CO₂ 16 до более высокого давления, чем в третьем компрессоре 29-3, температура газа у газообразного CO₂ 16, выпущенного из четвертого компрессора 29-3, является большей, чем у газообразного CO₂ 16, выпущенного из третьего компрессора 29-3. Поэтому температура газа у газообразного CO₂ 16, выпущенного из дегидратирующей колонны 33, может быть более эффективно увеличена в случае проведения для газообразного CO₂ 16, выпущенного из дегидратирующей колонны 33, теплообмена с газообразным CO₂ 16, выпущенным из четвертого компрессора 29-4.

Для теплообмена с газообразным CO₂ 16, выпущенным из дегидратирующей колонны 33, в теплообменнике 42 может быть использован газообразный CO₂ 16, выпущенный из любого из первого компрессора 29-1 или второго компрессора 29-2.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, устанавливают четыре компрессора; однако количество установленных компрессоров может быть надлежащим образом изменено в соответствии со степенью сжатия газообразного CO₂ 16.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, на участке между третьим компрессором 29-3 и четвертым компрессором 29-4 предусматривают дегидратирующую колонну 33. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и дегидратирующая колонна 33 может быть предусмотрена на участке между первым компрессором 29-1 и вторым компрессором 29-2, между вторым компрессором 29-2 и третьим компрессором 29-3 или между любыми двумя компрессорами в соответствии с количеством установленных компрессоров.

Кроме того, в установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, в установке для удаления при сжигании 41 предусматривают теплообменник 42. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается, и газообразный CO₂ 16, поданный из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, требует только проведения теплообмена и нагревания до высокой температуры перед подачей на катализатор горения 48. Например, теплообменник 42 может быть предусмотрен на участке между дегидратирующей колонной 33 и установкой для удаления при сжигании 41 и вне установки для удаления при сжигании 41.

В данном случае в качестве низкотемпературной среды для проведения теплообмена с газообразным CO₂ 16 в холодильниках в диапазоне от первого до четвертого холодильников от 30-1 до 30-4 используют охлаждающую воду (ОВ); однако среда не ограничивается охлаждающей водой ОВ, и могут быть использованы водопроводная вода или промышленная сбросная вода до тех пор, пока они будут иметь меньшую температуру, чем у газообразного CO₂ 16.

В установке для извлечения CO₂ 10A, соответствующей настоящему варианту осуществления, на участке между дегидратирующей колонной 33 и газо-жидкостным сепаратором 34 предусматривают установку для удаления при сжигании 41, и установка для удаления при сжигании 41 включает теплообменник 42, который нагревает газообразный CO₂ 16, выпущенный из дегидратирующей колонны 33, и катализатор горения 48, который удаляет дегидратирующий агент 32 в газообразном CO₂ 16, при этом теплообменник 42 и катализатор горения 48 скомпонованы в данном порядке в направлении от стороны впускного отверстия в установку для удаления при сжигании 41 к стороне выпускного отверстия для газообразного CO₂ 16. В соответствии с этим, теплообменник 42 нагревает газообразный CO₂ 16, поданный из дегидратирующей колонны 33 в установку для удаления при сжигании 41, до высокой температуры, и катализатор горения 48 вызывает прохождение реакции между дегидратирующим агентом 32, примешанным к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, и O₂ в газообразном CO₂ 16, что, тем самым, обеспечивает удаление дегидратирующего агента 32 и O₂ вследствие прохождения реакции горения. Поэтому можно предотвратить перемешивание дегидратирующего агента 32, примешанного к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, в компрессоре, скомпонованном на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны 33, таком как четвертый компрессор 29-4.

В соответствии с этим, могут быть предотвращены повреждения компрессора и системы труб, находящихся на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны, вследствие осаждения и образования отложений дегидратирующего агента, и может быть подавлено возникновение проблем закупоривания в аппарате и системе труб, вызванного совместным присутствием H₂S и H₂O при наличии O₂, остающегося в газообразном CO₂, и окрашивания химических продуктов.

На абсорбент CO₂, который может быть использован в настоящем изобретении, конкретных ограничений не накладывают, и в рамках примеров могут быть представлены пространственно затрудненные амины, имеющие алканоламиновую и спиртовую гидроксильную группу. В рамках примеров в качестве такого алканоламина могут быть представлены моноэтаноламин, диэтаноламин, триэтаноламин, метилдиэтаноламин, диизопропаноламин, дигликольамин и тому подобное; однако, в общем случае предпочтительно используют моноэтаноламин (МЭА). В рамках примеров в качестве пространственно затрудненных аминов, имеющих спиртовую гидроксильную группу, могут быть представлены 2-амино-2-метил-1-пропанол (АМП), 2-(этиламино)этанол (ЭАЭ), 2-(метиламино)этанол (МАЭ) и тому подобное.

На тип теплообменника, использующегося в настоящем варианте осуществления, конкретных ограничений не накладывают, и, например, могут быть использованы хорошо известные теплообменники, такие как пластинчатый теплообменник или кожухо-трубный теплообменник.

Второй вариант осуществления

Фигура 3 представляет собой схематическую диаграмму установки для извлечения CO₂, соответствующей второму варианту осуществления настоящего изобретения. Разъяснения по установке для извлечения CO₂, соответствующей настоящему варианту осуществления, представлены при обращении к фигуре 3. Элементы, дублирующие те, которые имеются в конфигурации установки для извлечения CO₂, соответствующей первому варианту осуществления, обозначаются подобными номерами позиций, и разъяснения по ним будут опущены.

В установке для извлечения CO₂ 10B, соответствующей настоящему варианту осуществления, установка для удаления при сжигании 41 включает установку для подачи газообразного водорода (H₂) 51, которая подает газ, обогащенный водородом (H₂), 50 в установку для удаления при сжигании 41. O₂ в газообразном CO₂ 16, поданном в установку для удаления при сжигании 41, вступает в реакцию с газом, обогащенным по H₂, 50, поданным в установку для удаления при сжигании 41, под действием катализатора горения 48, что, тем самым, делает возможным облегчение удаления O₂ в газообразном CO₂ 16.

O₂ в газообразном CO₂ 16 вступает в реакцию с дегидратирующим агентом 32, примешанным к газообразному CO₂ 16 в дегидратирующей колонне 33, под действием катализатора горения 48, что, тем самым, делает возможным удаление дегидратирующего агента 32 и O₂ в газообразном CO₂ 16, а O₂ в газообразном CO₂ 16, непрореагировавший с дегидратирующим агентом 32, вступает в реакцию с газом, обогащенным по H₂, 50, поданным в установку для удаления при сжигании 41, и O₂ в газообразном CO₂ 16 может быть сожжен и удален.

В соответствии с этим, в результате подачи газа, обогащенного по H₂, 50 в установку для удаления при сжигании 41 O₂ в газообразном CO₂ 16, поданном в установку для удаления при сжигании 41, может вступать в реакцию с H₂ и сгорать под действием катализатора горения 48, что, тем самым, обеспечивает облегчение удаления O₂ в газообразном CO₂ 16.

От газа, обогащенного по H₂, 50 требуется только, чтобы это был газ, характеризующийся большим уровнем содержания H₂ в качестве компонента газа, и он не ограничивается газом, содержащим в качестве компонента газа только H₂. В качестве газа, обогащенного по H₂, 50, например, может быть использован газ, содержащий в качестве компонента газа CO, а также H₂. CO в газе, обогащенном по H₂, 50 может быть превращен в CO₂ в результате прохождения реакции с O₂ под действием катализатора горения 48.

На способ получения газа, обогащенного по H₂, 50, подаваемого в установку для удаления при сжигании 41, конкретных ограничений не накладывают, и в качестве газа, обогащенного по H₂, в установку для удаления при сжигании 41 может быть подан H₂, полученный при использовании устройства для получения водорода, в котором в качестве материала исходного сырья используют ископаемое топливо и реализуют способ риформинга и способ конверсии CO (реакцию сдвига). Газ, генерированный при использовании ископаемого топлива в качестве материала исходного сырья, используют в качестве газа, обогащенного по H₂, 50 и используют в качестве газообразных продуктов горения, необходимых для удаления O₂ в газообразном CO₂ 16, что, тем самым, обеспечивает эффективное использование газа, генерированного при использовании ископаемого топлива в качестве материала исходного сырья.

В соответствии с установкой для удаления CO₂ 10B, соответствующей настоящему варианту осуществления, вследствие включения в установку для удаления при сжигании 41 установки для подачи газообразного H₂ 51, которая подает газ, обогащенный по H₂, 50 в установку для удаления при сжигании 41, дегидратирующий агент 32 и O₂ в газообразном CO₂ 16 могут вступать в реакцию с газом, обогащенным по H₂, 50, что облегчает сжигание и, тем самым, делает возможным более эффективное удаление O₂ в газообразном CO₂ 16. В результате использования газа, обогащенного по H₂, 50 в качестве горючего газа, необходимого для удаления O₂ в газообразном CO₂ 16 может быть эффективно использован газ, генерированный при использовании ископаемого топлива в качестве материала исходного сырья.

Промышленная применимость

Как описывалось выше, установка для извлечения CO₂, соответствующая настоящему изобретению, является подходящей для использования при удалении дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂, и удалении O₂ в газообразном CO₂ во время уменьшения количества влаги в газообразном CO₂, извлеченном из регенератора.

Пояснения к буквенным или цифровым обозначениям

10A, 10B установка для извлечения CO₂

11 дымовые газы

12 абсорбент CO₂ (абсорбент), обедненный раствор

13 абсорбер CO₂

14 обогащенный раствор

15 регенератор

16 газообразный CO₂

17 дымовые газы

18 насос для обогащенного растворителя

19 теплообменник для обогащенного/обедненного растворителей

20 насос для обедненного растворителя

21 холодильник для обедненного растворителя

22 регенерирующий нагреватель

23 водяные пары

25 линия для выпуска газа

26 конденсатор

27, 46 сепарационный барабан

28 вода

От 29-1 до 29-4 компрессоры от первого до четвертого

От 30-1 до 30-4 холодильники от первого до четвертого

От 31-1 до 31-4 от первого сепаратора до четвертого сепаратора

32 дегидратирующий агент

33 дегидратирующая колонна

34 газожидкостной сепаратор

35 насос для циркуляции конденсированной воды

41 установка для удаления при сжигании

42 теплообменник

43 труба для подачи обогащенного раствора

44 сопло

45 тарелка с патрубком для прохода газа

47 водяные пары/конденсированная вода

48 катализатор горения

49 ответвительный проход

50 газ, обогащенный по H₂

51 установка для подачи газообразного H₂

Надписи на рисунках

1. ФИГУРА 1.

2. ОВ.

3. ОВ.

4. ОВ.

5. ОВ.

6. ОВ.

7. СЖАТЫЙ CO₂.

8. ФИГУРА 2.

9. ОВ.

10. ОВ.

11. ОВ.

12. OB.

13. OB.

14. СЖАТЫЙ CO₂.

15. ФИГУРА 3.

16. OB.

17. ОВ.

18. OB.

19. ОВ.

20. OB.

21. СЖАТЫЙ CO₂.

22. ФИГУРА 4.

23. OB.

24. ФИГУРА 5.

25. СПОСОБ СЖАТИЯ.

26. СПОСОБ НАГНЕТАНИЯ.

27. УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ГАЗА.

28. ГРУНТ.

29. ФИГУРА 6.

30. OB.

31. ОВ.

32. OB.

33. OB.

34. OB.

35. СЖАТЫЙ CO₂.

Изобретение может быть использовано для извлечения диоксида углерода из дымовых газов. Установка для извлечения CO₂ включает абсорбер CO₂ и регенератор, в котором CO₂ диффундирует в обогащенном растворе; по меньшей мере, два компрессора, которые сжимают газообразный CO₂, выпущенный из регенератора; дегидратирующую колонну, расположенную на участке между любыми двумя компрессорами и которая уменьшает количество влаги в газообразном CO₂; установку для удаления при сжигании, которая удаляет дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂ в дегидратирующей колонне; и теплообменник, который установлен на участке между дегидратирующей колонной и установкой для удаления при сжигании. Теплообменник осуществляет теплообмен между газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров, и газообразным CO₂, выпущенным из дегидратирующей колонны. Изобретение позволяет предотвратить попадание дегидратирующего агента, подаваемого в дегидратирующую колонну, в комперессор, расположенный ниже по потоку после дегидратирующей колонны, исключить образование осадка и отложений. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Установка для извлечения CO₂, включающая абсорбер CO₂, который вводит дымовые газы, содержащие CO₂, в контакт с абсорбентом CO₂ и удаляет CO₂ в дымовых газах, и регенератор, в котором CO₂ диффундирует в обогащенном растворе, абсорбировавшем CO₂, в абсорбере CO₂, для повторного использования в абсорбере CO₂ обедненного раствора, который получают в результате удаления CO₂ из обогащенного раствора в регенераторе, включающая:
по меньшей мере, два компрессора, которые сжимают газообразный CO₂, выпущенный из регенератора;
дегидратирующую колонну, которая расположена на участке между любыми двумя компрессорами, и которая уменьшает количество влаги в газообразном CO₂ в результате введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом;
установку для удаления при сжигании, которая удаляет дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂ в дегидратирующей колонне; и теплообменник, который установлен на участке между дегидратирующей колонной и установкой для удаления при сжигании, и который производит теплообмен между газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров, и газообразным CO₂, выпущенным из дегидратирующей колонны.

2. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой установка для удаления при сжигании расположена на участке между дегидратирующей колонной и газожидкостным сепаратором, находящимся на стороне, расположенной по ходу технологического потока после дегидратирующей колонны.

3. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой в установке для удаления при сжигании предусмотрен теплообменник.

4. Установка для извлечения CO₂ по п.1, в которой установка для удаления при сжигании включает катализатор горения для удаления дегидратирующего агента в газообразном CO₂.

5. Установка для извлечения CO₂ по п.3, в которой установка для удаления при сжигании включает катализатор горения для удаления дегидратирующего агента в газообразном CO₂, где теплообменник и катализатор горения скомпонованы в данном порядке в направлении от стороны впускного отверстия для газообразного CO₂ в установку для удаления при сжигании к стороне выпускного отверстия для него.

6. Установка для извлечения CO₂ по п.4, в которой катализатором горения является катализатор на основе металлического Pd или катализатор на основе металлической Pt.

7. Установка для извлечения CO₂ по п.1, содержащая ответвительный проход для выделения газообразного CO₂, выпущенного из установки для удаления при сжигании, и объединения данного газообразного CO₂ с газообразным CO₂, выпущенным из дегидратирующей колонны.

8. Установка для извлечения CO₂ по п.1, содержащая установку для подачи газообразного водорода, выполненную с возможностью подавать газ, обогащенный водородом, в установку для удаления при сжигании.

9. Установка для извлечения CO₂ по п.8, в которой газ, обогащенный водородом, представляет собой водород, полученный при использовании устройства для получения водорода, в котором в качестве материала исходного сырья используют ископаемое топливо и реализуют способ риформинга и способ конверсии СО с использованием реакции сдвига.

10. Установка для извлечения CO₂ по п.8, в которой газ, обогащенный водородом, содержит СО, а также водород.

11. Способ извлечения CO₂, в котором дымовые газы, содержащие CO₂, вводят в контакт с абсорбентом CO₂ в абсорбере CO₂ для удаления CO₂ в дымовых газах, CO₂ в обогащенном растворе, абсорбировавшем CO₂, удаляют в регенераторе, а регенерированный обедненный раствор повторно используют в абсорбере CO₂, и газообразный CO₂, выпущенный из регенератора, извлекают, при этом способ включает:
сжатие газообразного CO₂, извлеченного из регенератора, при использовании, по меньшей мере, двух компрессоров;
уменьшение количества влаги в газообразном CO₂ в результате введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом на участке между любыми двумя компрессорами;
теплообмен между газообразным CO₂, введенным в контакт с дегидратирующим агентом, и газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров; и
удаление дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂, в результате сжигания и удаление O₂ для извлечения газообразного CO₂.

12. Способ извлечения CO₂ по п.11, в котором дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, сжигают и удаляют после введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом и до отделения влаги в газообразном CO₂.

13. Способ извлечения CO₂ по п.11, в котором газ, обогащенный водородом, подают во время сжигания и удаления дегидратирующего агента, примешанного к газообразному CO₂.

14. Способ извлечения CO₂ по п.13, в котором в качестве газа, обогащенного водородом, используют водород, полученный в устройстве для получения водорода, в котором в качестве материала исходного сырья используют ископаемое топливо и реализуют способ риформинга и способ конверсии СО с использованием реакции сдвига.

15. Способ извлечения CO₂ по п.13, в котором в качестве газа, обогащенного водородом, используют газ, содержащий СО, а также водород.

16. Способ извлечения CO₂ с использованием установки для извлечения CO₂ по п.1, где в процессе сжатия газообразного CO₂, извлеченного из регенератора, после уменьшения количества влаги в газообразном CO₂ после введения газообразного CO₂ в контакт с дегидратирующим агентом, газообразный CO₂ после удаления влаги подвергают теплообмену с газообразным CO₂, выпущенным из любого одного из компрессоров, а дегидратирующий агент, примешанный к газообразному CO₂, удаляют в результате сжигания и удаляют O₂ для извлечения газообразного CO₂.